空气粉尘浓度检测仪的设计与_研究毕业论文(编辑修改稿)

空气粉尘浓度检测仪的设计与_研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

图 21模块化注释： 1) 模拟信号收集部分 ： 敏感、 转换 以及放大 三部分。 敏感元件代表测量 的模拟信号 和测出的 粉尘浓度；因为信号比较小，所以增加信号放大电路； 数字信号是由 两条路上的 5V 模拟信号被 ADC0809 了 的，再送入至 单片机中。 2) 显示 :粉尘浓度。 3) 看门狗 ：是系统重启，正常工作。 4) 键盘电路：超过 时 报警。 由于环境对粒度以及浓度的要求不同，可以多次设置不同的值输入。 5) 报警电路：模拟如果粉尘超过限定值时，开启换气装置或者启动喷雾使用报警安徽理工大学毕业设计 7 电路。 单片机A T 8 9 S 5 2可 编 程 看 门 狗 电 路A /D转换键 盘 输 入L C D 显 示小信号放大电路敏感元件蜂 鸣 器报 警 图 21 硬件电路结构框图 . 软件程序 框 图 根据 硬件的设计 ， 可以作 出 各模块框图 ，如图 2 23所示。 系 统信 号 采 集 部 分 显 示 部 分 键 盘 部 分看 门 狗 部 分主 控 部 分 c p u 图 22 各模块框图 系统编程要有四个部分： a）采集信号程序； b） LCD 显示程序； c）按键输入程序； d）看门狗复位程序； e）主控程序。 安徽理工大学毕业设计 8 工作原理 本设计使用的是 gp2y1010auof 灰尘传感器，它的原理是根据光学的原理来测量灰尘的浓度。 我们先将 12V 的电压降到 5V，将电压接到传感器上。 在测量灰尘浓度时，会产生小于 5V的模拟电压，该电压在送到 0809 时会转换成二进制的信号，这些信号会传送到单片机那里，经过单片机的一系列的处理，转变成的数字信号会显现在安装的显示屏上。 由于我们开始时设定过一浓度值，因此，当所测得的浓度值大于所设值的时候，就会发生报警。 按照系统的要求，再结合我们所涉及的各个部件的配合工作，我们就可以实现设置数据、采集数据、显示数据以及报警等功能，符合我们的设计要求。 安徽理工大学毕业设计 9 3 粉尘 测试仪硬件设计 单片机部分 系统 CPU 器件选择 粉尘检测器的核 心是微处理器，它的特性以及功能对于整台的一起具有至关重要的作用， 完成采集数据、处理、输出 以及 显示等功能 ，因此可以看出它的重要性。 市场上出现的控制的 器件 花样繁多，仅仅单片机的种类就有不少。 本设计拟采用单片机为 51单片机来进行控制。 51 单片机 是 一种 统称。 自从最初的 8031 开始，单片机也仅过了一段时间的发展， 随着时代的进步，科技的发展，人们对于单片机的要求也越来越高，在这种情况下， Flash rom 应用 技术 得到了较快的进步，在此基础上 ， 8031 系列出现了较快的发展，成为了在当时最流行的八位单片机之一。 我们通过对比可以得到， AT89S52单片机符合我们的要求。 AT89S52 具有能 耗小、通用性强 以及工作 性能稳定良好。 便宜的价格、功能的强大很好的符合了经济原则的基础上的功能的要求。 因此， AT89S52 作为 CPU 芯片在 在本系统中作为控制器件是我们的首选。 AT89S52 是 一个功能比较强大的单片机的一种。 它的制造方法比较特殊，使用的是非易失性高密度存储器技术。 此单片机是一种就有低功耗高性能、有着 8Kflash 存储器的微控制器。 它完全兼容 工业 80C51 引脚和 产品。 其优异的性能，使其不仅能用在系统编程，还可用在常规编程。 通过我们了解，这种单片机 在运行的时候耗能是比较低的，并且运行稳定性好，所需要的其他部件也少。 所以这种单片机完全能够满足我们的需要。 1） AT89S52功能特性： AT89S52具有 的 标准功能 是 ： 两个数据指针；全双工串行口； 8k字节 Flash； 定时器是 看门狗； 单片机能够调到省电的模式，并且可以降低到 0赫兹。 在不工作的情况 下，虽然系统中的处理器停止了运行，但是还是会有部分的期间是在正常的运行的，比如定时器，串口，中断等。 当在运行过程中 单片机发生故障，即掉电时， 就会出现 系统的运行发生停止，但是 RAM的内容会被保存下来，一直到下次的中断。 2）部分引脚功能： XTAL1： 引脚 接外部晶振。 片内振荡器是单片内部的一个重要部分，它是由放大器所组成。 XTAL2： 引脚 接外部晶振。 在片内接至内部时钟发生器输入端 和 振荡器的反 相放大器输出端。 若是接外部振荡器 ，则 1引脚 接 外部振荡信号的 输入。 RST: 复位输入。 若是想单片机在晶振工作时复位，那么这个引脚的高电平要持续两个 周期。 看门狗计时完结 后， 96个晶振周期的高电平由 RST 脚 送 出。 要使这个功能没有作用， 也可以使用其他特殊的寄存器中的某个位，在运行的过程中，提供高电安徽理工大学毕业设计 10 平有效。 P0口 ： P0口 是 八 位漏极开路并且是双向的输入输出口。 输出八位 逻辑电平。 写“ 1” ，作高阻抗输入。 在这种工作方式下，上拉电阻会存在于 p0口之中。 P1 口 ： 这是入输出口， 具有双向的输入输出功能，它 作为 地址接收 ，若是想要用作输入，则应该对其输入高电平。 若是想要使其作为输出电流，则就该送入低电平。 引脚号 第二功能 T2 T2EX MOSI MISO SCK P3 口： 这也是一个双向的输入输出口。 引脚号 第二功能 RXD TXD INT0 INT0 T0 T1 WR RD 安徽理工大学毕业设计 11 引脚如图 31所示： 图 31 89S52单片机引脚 3)89S52单片机的基本结构 如图 32所示。 主要的构成是外围芯片。 控制作用 上， 采用 集中控制方法。 如图 32所示： 图 32 单片机内部结构 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U7A T 8 9 S 5 2安徽理工大学毕业设计 12 4） 存储器 的基本 结构 MCS51器件 独自 拥 有 着两种 存储器。 这两种存储器 均 采 用 64K寻址。 下面是两种存储器的简介。 程序存储器 ： 如果想要使 程序存储器读取程序，则需要 EA引脚与大地相连。 数据存储器 ： 这个是单片机内部 本身就具有的片内存储器。 在物理上分开的同时，特殊寄存器和数据存储器的高 128位又是相互重叠的，即地址相同；另外的 128个字节则不是。 单片机引脚分配及连接 1）振荡器电路 89S52 单片机 如果使用外部振荡器， XTAL1 引脚应接地 ， 外部振荡信号的输入 接XTAL2 引脚。 下图 33。 本设计 用 12MHZ， 1C 和 2C 是 30pF， 1C 和 2C 能微调并且稳定振荡频率。 为了减少寄生电容振荡 ，电容最好 安装得与单片机芯片 较近。 图 33 振荡器电路 2）复位 电路 复位的操作是比较重要的，能够将单片机初始化，当然也能够使其重新启动。 外部电路实现单片机的复位。 如果 24 个时钟振荡脉冲的高电平出现在单片机引脚上，就能实现单片机的复位。 如图 34所示。 图 34 复位电路 I/O 口功能分配： C11 0 uC21 0 uX11 2 M安徽理工大学毕业设计 13 ～ 八 位数字信号经 转换器传入系统 ～ 完成数码管的段选 ～ 完成数码管的位选 ～ 连接键盘电路 3P 口主要完成 控制外围电路 信号采集电路 敏感元件 GP2Y1010AU0F 粉尘浓度传感器的结构特征如图 35 所示， GP2Y1010AU0F 是一种光学空气质量感应器。 光照射到灰尘时，会发生光的发射现象，即使颗粒再小也会有光的反射，为了能够测到灰尘在反射是的光，传感器内有观点晶体管和发光二极管。 这种传感器测得的浓度数据适合电压成正比，我们只需要测得电压就可以知道所测得的浓度了。 在光的照射下，一些能量会被微粒和粉尘分子所吸收，并且散射现象也会出现在其上。 当一些颗粒物被一束平行光照射到时，颗粒旁边就会出现散射以及吸收的现象，这样的话光的强度就会被减弱。 然后我们就可以得到相对衰减率，其实入射光通过浓度场得到的。 而待测粉尘的相对浓度可以通过相对衰减率的大小的线性来反映出来。 电信号的强弱和光强的大小有正相关的关系，因此我们只需要得到电信号的大小就可以再得到相对衰减率了。 我们若是想要知道所测量的 空气中 灰 尘的浓度，我们只需要得到经过一些转换后得到光 电脉冲数就好了。 通过标 出 在设置键盘上 提前设置的 K 值， 该仪器就可以直接在显示屏上显现出来 空气中的粉尘质量浓度（ mg/m179。 ）。 粉尘传感器 GP2Y1010AU0F 是 SHARP 品牌。 在正常运行状态下所需要的电压是 至 7V 之间，流过仪器的电流是 20MA。 粉 尘传感器 GP2Y1010AU0F 属光学传感器。 这是一款 利用 光学原理来 检测空气中灰尘的多少的 传感器。 它能够比较准确的监测到空气中所含有的粉尘，利用仪器内的三极管以及放大电路，对测得的警醒经一部的放大，再根据一定的定律，我们根据测得的电压以及浓度的关系，我们就可以比较容易的得到我们所测地方的粉尘浓度的大小。 输出脉冲模式的电压信号。 这款仪器的优点是比较多的，它具有着仪器小，便于携带，可以测得的灰尘颗粒比较小，测量的结果比较准确，性能稳定，所消耗的能量低，而且使用的过程中能够测得的种类比较多，长时间使用过后清洗也比较容易以及易处理等特点。 利用 GP2Y1010AU0F 时注意事项 （ 1）连接情况和 GND 外壳材料采用导电树脂作为壳套 {印刷模式号 }和 {金属测试终端侧 }作为底盖。 金属外壳与接地连接的传感器。 （ 2）清洗请不要做清洁，因为有这个设备是不是通过清洁满意，它的特点的情况下。 安徽理工大学毕业设计 14 （ 3）脉冲输入范围请根据建议作为以保持 reliability。 （ 4）灰尘附着有一种情况下，该产品未检测到灰尘密度正确，因为灰尘附着的尘埃通孔内侧的 LED 方面的投入情况可以投射到检测空间，它包括发射器和检测器的光轴线。 请把设备的结构和机制考虑，避免粘附灰尘的影响。 以及当灰尘附着时，请考虑维护诸如由空气抽真空或吹脱尘。 另外，请注意结构，并把应用程序的位置，以避免像石油等任何粘合剂粒子进入设备。 如果它坚持的光学部分，故障可能 occur。 （ 5）光输出电路设计，体谅发光二极管输出的结果，从长期连续运行的降解。 （ 50 ％降解 / 5年）。 （ 6）灵敏度调整 VR虚拟现实的灵敏度调节设置在航运锋利。 请不要触及规范中指定的 VR或光电特性将是无效的。 （ 7）号决议请不要自行拆卸设备，如去除攻螺钉等。 即使该装置被重新组装，它可能无法满足规格。 （ 8）应用到火灾报警请不要用于火灾报警器应用程序中使用此设备。 当使用此设备的应用程序比空气净化设备空气净化功能等，请在使用前告知我们。 （ 9）噪声影响如果传感器靠近噪声发生器（例如：电气集尘器等） ，传感器的输出可能会受到铅的噪音。 从电源线噪声的顶部还可能会影响传感器的输出。 当desinging 系统，请考虑噪声的影响。 （ 10）振动影响该传感器可根据机械振动改变它的值。 使用前，请确保设备正常工作的应用程序。 （ 11）入射光的影响有，当外光通孔上打印的一面是通过灰尘传感器输出可能会受到影响的情况下。 为了避免外部光线的任何影响，请找出传感器所面临的应用程序内的打印面。 （ 12）当传感器的内部湿润，本品不保持其应有的功能。 请设计的应用，使传感器的保湿不会发生。 GP2Y1010AU0F 内部示意图 安徽理工大学毕业设。